CN1916397A - 垂直轴风力发电机的小翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种能提高垂直轴风力发电机稳定性和效率的小翼装置。本发明是以复数个一端连接垂直轴的上、下叶片支架构成的叶片支架，上、下叶片支架另一端连接叶片，所述叶片支架与叶片的中间部位连接，在所述叶片的上、下端部设有朝向垂直轴方向延伸的翼梢小翼。本发明装置既可满足风轮的稳定性，同时又可满足风能较高的利用率的要求，同时又能免除对于叶片支架材料力学性能的严格限制要求，而以简单独特的设计，低成本的方式，达到上述要求。

Description

垂直轴风力发电机的小翼装置

技术领域

本发明涉及垂直轴风力发电机，尤指一种能提高垂直轴风力发电机稳定性和效率的小翼装置。

技术背景

为了更好的利用风能，长期以来，人们设计了多种结构形式的风力发电装置，依据风力发电机旋转轴在空间方向位置的不同，划分为水平方向的水平轴风力发电机和垂直方向的垂直轴风力发电机。

根据空气动力学理论，如图1所示，在垂直轴风力发电机的风轮在旋转过程中，叶片处于不同位置时，将叶片分为迎风方向的逆风面和顺风方向的顺风面，由于逆风面和顺风面此叶片两面的风速不同，该两面产生压力差，一面压力高、另一面压力低。压力较高一面的气流将越过叶片上、下二端向压力低的另一面流动，形成旋涡气流，该旋涡气流不仅增加了叶片运动的阻力，而且造成叶片上、下端部处两面的压力差减小，从而产生压力损失，而压力差是风轮获得转动力矩的来源，上述压力损失的结果将造成风轮的扭矩减小，降低了风能利用率。

通常固定叶片转角的垂直轴风力发电机叶片连接方式是通过叶片支架和叶片的上、下端部连接(如图2，以下简称连接方式A)或者通过叶片支架在叶片的中间部位连接(如图3，以下简称连接方式B)两种方式。如图3所示，采用连接方式B，虽然可以降低垂直轴的高度，提高风轮的稳定性，减小风轮在旋转时的摇摆，但对于连接方式B的在叶片中间部位连接的风轮，其叶片上、下端部处两面的压力差的减小，与连接方式A相比，产生更多的压力损失，而压力损失的结果将造成风轮的扭矩减小，其风能利用率比连接方式A的低；而连接方式A虽然可以获得较高的风能利用率，但垂直轴的高度却较高，风轮在转动时就比较容易产生摇摆，其摇摆频率等于转速乘以叶片数量，因此在不同的风速下，风轮转速跟随风速的变化而变化，容易产生共振，不仅增加能量损耗而且易损坏风轮。

如图4所示，另一种采用类似连接方式A的叶片与叶片支架的连接方式，以下简称连接方式C。其叶片支架不同于连接方式A和B所采用的水平连接，而是采用斜向的连接方式，虽然其可以降低垂直轴的高度，提高风轮的稳定性，减小风轮在旋转时的摇摆，也可以获得较高的风能利用率，但在实际使用过程中，对于大型的垂直轴风力发电机而言，斜向连接的方式对材料的要求相当高，制造成本相当高，所要求的材料在较高风速的情况下，需要有足够的刚性和一定的弹性，否则会造成支架因受力过大变形等等危险。

根据空气动力学理论，在航空业中有一种被称为翼梢小翼的装置，可以阻止叶片上、下端部气流从高压力面向低压力面的流动，减小压力损失，并使涡流减弱，从而减小阻力的作用。

发明内容

本发明所要求克服的技术问题是，既可以满足连接方式B提高风轮的稳定性，同时又可以满足连接方式A保持风能较高的利用率的要求，同时又能免除连接方式C对于叶片支架材料力学性能的严格限制要求，而以简单独特的设计，低成本的方式，达到上述要求。

本发明具体的技术方案如下：

一种垂直轴风力发电机的小翼装置，是以复数个一端连接垂直轴1的上、下叶片支架21、22构成的叶片支架2，上、下叶片支架21、22另一端连接叶片3，所述叶片支架2与叶片3的中间部位31、32连接，其特点是，在所述叶片3的上、下端部33、34设有朝向垂直轴1方向延伸的翼梢小翼4。

上述翼梢小翼4是薄片状或带弯度的非对称翼型。

上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称并分别与叶片垂直。

上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称，上、下小翼43、44末端的延长线向垂直轴1方向相交。

上述翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称，并向叶片支架2方向略带弧度弯曲。

上述翼梢小翼4的外侧轮廓41略微伸出叶片外部。

上述翼梢小翼4的外侧轮廓41与叶片3形状相同，可减小气动阻力。

上述翼梢小翼4的内侧轮廓42朝向垂直轴1一面为突出部。

上述翼梢小翼4的内侧轮廓42朝向垂直轴1一面的突出部是椭圆形。

本发明将在下面结合附图及具体实施方式进行描述。

附图说明

图1是垂直轴风力发电机风轮产生压气损失的原理示意图；

图2是垂直轴风力发电机叶片连接方式A结构示意图；

图3是垂直轴风力发电机叶片连接方式B结构示意图；

图4是垂直轴风力发电机叶片连接方式C结构示意图；

图5是本发明小翼装置实施例1的结构示意图；

图6是本发明小翼装置的另一结构示意图；

图7是本发明小翼装置的又一结构示意图。

具体实施方式

实施例1

通过下面给出的本发明的具体实施例可以进一步清楚地了解本发明，但它们不是对本发明的限定。

本发明装置的结构示意图如图5所示，以本发明人申请的中国专利申请号200610028267.7的发明专利名称是《垂直轴风力发电机叶片与风轮的安装方法》安装叶片与风轮。即，本发明垂直轴风力发电机包括垂直轴1、连接垂直轴1的上、下叶片支架21、22和复数个安装于叶片支架2(由上、下叶片支架21、22构成)上组成的风轮，叶片3通过上、下叶片支架21、22和法兰连接在轴套上，所述叶片3的翼型是带弯度的非对称翼型，叶片的凸表面31面向垂直轴1安装。所述的叶片支架2与叶片3的中间部位31、32连接，在所述叶片3的上、下端部33、34设有朝向垂直轴1方向延伸的薄片状翼梢小翼4。该翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称并分别与叶片垂直。该翼梢小翼4的外侧轮廓41略微伸出叶片外部并与叶片3的外部形状相同，可减小气动阻力。该翼梢小翼4的内侧轮廓42朝向垂直轴1一面为突出部。该突出部是椭圆形。

实施例2

翼梢小翼4的形状为带弯度的非对称翼型，其余与实施例1相同。

实施例3

如图6所示，本发明小翼装置的另一结构示意图。翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称，上、下小翼43、44末端的延长线向垂直轴1方向相交。其余与实施例1相同。

实施例4

如图7所示，本发明小翼装置的又一结构示意图。翼梢小翼4的上、下小翼43、44对称，并向叶片支架2方向略带弧度弯曲。其余与实施例1相同。

以实施例1的结构形式，分别选取径弦比2.8和3采集以下数据。下表1、2即是在风速相同的情况下，以径弦比分别是2.8和3，叶片支架分别在连接方式A、连接方式B和连接方式C时，与本发明装置连接方式的风轮效率对比。

表1(径弦比2.8)

叶片连接方式	效率
		A	24.5％
B	19.6％
		本发明	24.5％

表2(径弦比3)

叶片连接方式	效率
		A	22.5％
B	17.5％
		C	22.2％
本发明	22.4％

从上表中可以看出，采用本发明的小翼装置，不仅可以明显提高风能利用率，达到连接方式A的效率，而且又可以降低垂直轴的高度，减小风轮的摆动，同时具备连接方式B的优点。

尽管对本发明已经作了详细的说明并引证了一些具体实施例，但对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明人的设计思路和范围也可作各种变化和修正是显然的。

Claims (10)

1、一种垂直轴风力发电机的小翼装置，是以复数个一端连接垂直轴(1)的上、下叶片支架(21)、(22)构成的叶片支架(2)，上、下叶片支架(21)、(22)另一端连接叶片(3)，所述叶片支架(2)与叶片(3)的中间部位(31)、(32)连接，其特征在于，在所述叶片(3)的上、下端部(33)、(34)设有朝向垂直轴(1)方向延伸的翼梢小翼(4)。

2、根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)是薄片状或带弯度的非对称翼型。

3、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)对称并分别与叶片垂直。

4、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)对称，上、下小翼(43)、(44)末端的延长线向垂直轴1方向相交。

5、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的上、下小翼(43)、(44)对称，并向叶片支架(2)方向略带弧度弯曲。

6、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的外侧轮廓(41)略微伸出叶片外部。

7、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的外侧轮廓(41)与叶片(3)形状相同。

8、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的内侧轮廓(42)朝向垂直轴(1)一面为突出部。

9、根据权利要求1或2所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的内侧轮廓(42)朝向垂直轴(1)一面的突出部是椭圆形。

10、根据权利要求8所述的垂直轴风力发电机的小翼装置，其特征在于，所述翼梢小翼(4)的轮廓内侧(42)朝向垂直轴(1)一面的突出部是椭圆形。

Images